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吸入氦氣變聲的奧秘
創建時間:2024-01-19  ?瀏覽量:0

鋼印細節圖


氦氣在空氣中含量極為微小,是稀有氣體之一。由于化學性質極不活潑,吸入氦氣對身體并沒有什么傷害。常見的變聲整蠱道具是氦氣和氧氣的混合氣體(氧氣含量20%),

之所以要在其中摻雜氧氣,主要是為了避免出現窒息危險。


那么,人類吸入氦氣后為什么會變聲呢?這還要從人類發聲的原理說起。人類的口腔和喉嚨、包括下方的氣管相互連接,形成內部充滿空氣的管狀結構,其中包含發聲器官——

聲帶。在物理學上,這種內部含有氣體的管可以抽象成氣柱模型。


人類發聲時,肺部氣體通過氣道,并在聲帶處發生共振,振動通過空氣傳出口腔,就形成了我們耳中聽到的聲音,其物理原理和氣柱模型完全一樣。由于聲帶和整個發聲氣道的共

鳴效應,人類不費多大力氣就能讓自己發出足夠清晰的聲音。


相信大家都有過向長塑料管中吹氣的經驗,當氣流速度達到一定程度時,管就會進入共振狀態,管壁迅速抖動,同時產生尖利的哨音。從聲學角度來說,我們也把這種能夠發聲的共

振稱為共鳴。無論是貫通管還是盲管,都會發生類似現象。而氣柱模型要解決的問題就是什么條件下會發生共鳴。


根據物理學原理,管中氣體發生共振(只考慮基本振動)的條件由f=v/L這個非常簡單的公式來表達,其中f為共振頻率,v為該氣體中的聲速,L為氣柱的長度。而對于給定的氣柱而

言,L是恒定值,也就是說共振頻率往往只和管內氣體聲速有關。氣體聲速受溫度和壓力影響,通常的室溫、一個標準大氣壓下,空氣中的聲速大約是每秒340米。


而氦氣中的聲速在室溫、一個大氣壓下約為每秒1000米,氧氣約為每秒330米。一般的變聲氣體中氧氣約占20%。由此可以算出變聲用的氦氧混合氣中聲速為1000×0.8+330×0.2

=866 米/秒,這一數字大約是空氣中音速的2.5倍。產生的結果就是,當氣道內充滿了氦氧混合氣,聲帶振動頻率會達到平時的2.5倍。由于音調與振源的振動頻率成正比,吸入氦氣

后音調就會因此升高。繼續上調趨勢。


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